摘要：氧化鋁陶瓷因具備力學性能、高硬度和好的化學穩(wěn)定性，被廣泛應(yīng)用于電子、機械、生物醫(yī)學等領(lǐng)域。然而，燒結(jié)過程中易出現(xiàn)氣孔、裂紋、變形及晶粒異常長大等缺陷，嚴重影響其性能與可靠性。本文通過系統(tǒng)實驗與結(jié)構(gòu)分析，探討了原料處理、成型工藝、燒結(jié)制度等關(guān)鍵因素對缺陷形成的影響，并結(jié)合具體案例與數(shù)據(jù)提出優(yōu)化措施，旨在為降低氧化鋁陶瓷燒結(jié)缺陷提供可行性方案。

　　1. 實驗過程

　　1.1 原料選擇與預(yù)處理

　　原料特性：采用純度≥99.5%的α-Al?O?粉末，平均粒徑0.5μm。通過激光粒度分析儀測得粒徑分布D50=0.52μm，D90=1.2μm。

　　添加劑配置：添加0.5wt%的MgO作為晶粒生長抑制劑，并加入1wt%的聚乙烯醇（PVA）作為粘結(jié)劑。

　　混合與造粒：采用球磨混合4小時（轉(zhuǎn)速300rpm，球料比5:1），隨后噴霧造粒，得到流動性良好的顆粒，休止角≤30°。

　　1.2 成型工藝優(yōu)化

　　壓制參數(shù)：采用單向壓制成型，壓力100MPa，保壓時間60秒。實驗對比顯示，壓力低于80MPa時生坯密度僅為理論密度的48%，易導(dǎo)致燒結(jié)后氣孔率升高。

　　等靜壓輔助：對部分樣品進行冷等靜壓處理（200MPa），使生坯密度提高至理論密度的55%，減少密度梯度。

　　1.3 燒結(jié)工藝設(shè)計

　　燒結(jié)設(shè)備：采用高溫箱式燒結(jié)爐，溫度可達1750℃。

　　升溫制度：

　　保溫與降溫：在1600℃保溫2小時，隨后以2℃/min冷卻至800℃，再隨爐冷卻。

　　案例參考：某企業(yè)初期采用5℃/min的快速升溫，導(dǎo)致產(chǎn)品裂紋率達15%；優(yōu)化為上述分段升溫后，裂紋率降至3%以下。

　　2. 結(jié)構(gòu)分析：缺陷類型、成因及控制措施

　　2.1 氣孔缺陷

　　表現(xiàn)形式：燒結(jié)體內(nèi)部殘留閉口氣孔或表面開口氣孔，直徑多介于1–10μm。

　　成因分析：

　　控制措施：

　　2.2 裂紋與變形

　　裂紋類型：

　　變形問題：在無承托燒結(jié)時，高溫下陶瓷坯體易發(fā)生蠕變變形。

　　解決方案：

　　2.3 晶粒異常生長

　　現(xiàn)象描述：局部晶粒尺寸超過平均晶粒2倍以上，形成結(jié)構(gòu)弱點。

　　實驗數(shù)據(jù)：未添加MgO的樣品，晶粒平均尺寸為8μm，局部可達20μm；添加0.5wt% MgO后，平均晶粒尺寸控制在4μm，分布均勻。

　　抑制方法：

　　2.4 其他缺陷：黑心與滲雜

　　黑心缺陷：因有機物在缺氧環(huán)境下碳化殘留所致，可通過提高氧氣流量（燒結(jié)爐內(nèi)氧分壓≥0.2atm）避免。

　　滲雜污染：使用高純度坩堝（如99.7%氧化鋁坩堝），避免Si、Fe等雜質(zhì)元素在高溫下擴散污染。

　　3. 結(jié)論

　　通過系統(tǒng)實驗與結(jié)構(gòu)分析，降低氧化鋁陶瓷燒結(jié)缺陷需采取以下綜合性措施：

　　原料與成型控制：

　　選用高純度、細粒徑且分布均勻的Al?O?粉末；

　　成型壓力不低于100MPa，建議結(jié)合等靜壓提高生坯密度均勻性。

　　燒結(jié)工藝優(yōu)化：

　　采用分段升溫，尤其在有機物排出階段（≤600℃）保持緩慢升溫；

　　添加0.5–1wt% MgO有效抑制晶粒異常生長；

　　嚴格控制燒結(jié)溫度與保溫時間，避免過燒或欠燒。

　　缺陷針對性處理：

　　為減少氣孔，需充分排除粘結(jié)劑并提高生坯密度；

　　為預(yù)防裂紋，應(yīng)降低升溫速率并確保溫度均勻性；

　　使用承托燒結(jié)與高純度環(huán)境，避免變形與污染。

　　實際應(yīng)用效果：某陶瓷密封件生產(chǎn)企業(yè)通過上述優(yōu)化，將燒結(jié)成品率從原來的82%提升至94%，產(chǎn)品平均抗彎強度從350MPa提高至410MPa。未來研究方向可聚焦于微波燒結(jié)、放電等離子燒結(jié)等新工藝對缺陷控制的進一步改善。